LISTRIK DAN MAGNET KEGIATAN BELAJAR 2

Sub bab 1 LISTRIK

TUJUAN TARGET PEMBELAJARAN 1 Agar mahasiswa PPG dapat : Menjelaksan pengertian listrik Memahami perbedaaan elektrostatika dan elektrodinamika Mengidentifikasi peristiwa elektrostatika dan elektrodinamika dalam kehidupan sehari-hari Memahami hubungan antara tegangan, arus listrik dan hambatan Membedakan rangkaian listrik seri, paralel dan campuran. Menganalisis manfaat listrik dalam kehidupan sehari-hari. TARGET PEMBELAJARAN

Pengantar Listrik? Asingkah mendengar istilah ini? Seberapa sering Anda mendengar kata Listrik dalam kehidupan sehari-hari? Pernakah Anda mendengar istilah listrik minimalnya setiap bulan saat tagihan listrik atau saat isi ulang listrik prabayar?, atau mungkin lebih dari itu? Aktivitas sehari-hari tidak luput dari penggunaan listrik, seperti menonton TV, menyalakan kipas angin, mencharge HP, sampai menyalakan AC dan lampu.

Menurut anda, apa listrik itu ? Tadi kita sudah membahas mengenai fenomena dan penggunaan listrik yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Menurut anda, apa listrik itu ?

PENGERTIAN LISTRIK Dalam fisika, kelistrikan dipelajari secara khusus dalam cabang fisika khusus, yaitu elektrostatika berkenaan dengan muatan listrik yang diam. elektrodinamika tentang muatan listrik bergerak atau arus listrik.

1 ELEKTROSTATIKA

FENOMENA ELEKTROSTATIKA Coba Anda gosok-gosokkan penggaris plastik pada tangan Anda kemudian dekatkan ke rambut teman Anda maka akan nampak beberapa helai rambut berdiri karenanya atau dekatkan penggaris ke potongan kertas kecil maka potongan kertas tersebut akan terangkat. Coba gantilah penggaris plastik dengan menggunakan balon, gosokkan balon tersebut ke rambut Anda kemudian tempelkanlah pada dinding, lihatlah apa yang terjadi ? Balon akan menempel pada dinding beberapa saat. Dalam skala yang lebih besar fenomena elektrostatik pernah Anda lihat pada peristiwa terjadinya petir. Petir terjadi akibat adanya loncatan muatan listrik statis di ionosfir.

Mengapa hal tersebut dapat terjadi, mengapa benda-benda tadi (penggaris, balon, kertas, dsb.) yang awalnya tidak bermuatan menjadi benda yang bermuatan listrik? Kapan kita mengetahui suatu benda memiliki muatan listrik?

1. Teori Dasar Benda Bermuatan Listrik Gejala dan pemanfaatan kelistrikan berlandaskan pada konsep dasar benda bermuatan disebut ELEKTROSTATIKA

Bagaimanakah benda bisa bermuatan listrik? Jika perbandingan muatan positif dan muatan negatif sama, maka benda tersebut netral Jika perbandingan jumlah muatan negatif lebih banyak dari jumlah muatan positif maka benda bermuatan negatif Jika perbandingan jumlah muatan negatif lebih sedikit dibandingkan jumlah muatan positif maka benda bermuatan positif

Fenomena Benda Bermuatan Listrik Ketika batang gelas digosok dengan kain sutra, sejumlah elektron dari batang gelas berpindah ke kain sutra sehingga batang gelas kekurangan elektron dan bermuatan positif. Batang gelas yang bermuatan positif akan menarik konduktor yang memiliki elektron bebas, misalnya kertas logam. Mekanisme sebalinya terjadi ketika kita menggosokan wol pada batang gelas, sejumlah elektron justru berpindah dari wol ke batang gelas sehingga batang gelas memiliki muatan negatif berlebih.

Tolak-Menolak (Repulsif) Sifat Muatan Listrik Ada dua interaksi antara benda-benda yang bermuatan, yaitu: Tarik-Menarik Tolak-Menolak (Repulsif) Terjadi saatnbendanbermuatan tidaknsama (berlawanan), benda bermuatan positif dan negatif. Misalnya: sisir digosok dengan rambut kaca yang digosok dengan kain sutra Kondisi dimana benda yang bermuatan sama (positif dengan positif ataupun negatif dengan negatif) didekatkan. Misalnya: dua kaca yang didekatkan dengan kain sutera

Melalui sebuah percobaan, Coulomb (1768) menemukan bahwa : Hukum Coulomb Melalui sebuah percobaan, Coulomb (1768) menemukan bahwa : “antara muatan-muatan listrik sejenis terjadi gaya tarik-menarik dan antara muatan listrik yang berlainan jenis terjadi gaya saling menolak (repulsif).” Keterangan: k = 1/(4πε0) ≈ 9 x 109 N. m2/C2 F = Gaya Coulomb (Newton) Q2 = Muatan kedua (coulomb) Q1 = Muatan pertama (coulomb) r = jarak antar muatan (meter)

ALAT YANG MENGGUNAKAN PRINSIP KERJA LISTRIK STATIS Mesin Photocopy Printer Generator Van De Graff Terapi Medan Listrik Penangkal Petir

2 ELEKTRODINAMIKA

Elektrodinamika Elektrodinamika dalam bahasa lain dikenal dengan listrik dinamis. Listrik dinamis berkaitan dengan muatan listrik yang bergerak, mengalir dari satu tempat ke tempat lain.

Arus Listrik Aliran muatan pada rangkaian listrik disebut dengan arus listrik. Arah pergerakan elektron pada listrik dinamis: Arah elektron dari kutub negatif ke kutub positif Arah arus listrik dari kutub positif ke kutub negatif Arus listrik mengalir pada dasarnya disebabkan oleh dua faktor yaitu: Pertama karena adanya sumber tegangan yang dipasang pada rangkaian tertutup. Kedua karena bahan yang menjadi medium perambatan arus listriknya adalah merupakan bahan-bahan pilihan, bahan dimana ia mampu dengan mudah menghantarkan/mengalirkan arus listrik yang melewatinya.

Kuat arus listrik (I) Kuat arus listrik (I) “Banyaknya muatan yang mengalir dalam satu detik” Satuan dari kuat arus listrik dalam sistem Internasional (SI) adalah Coulomb/detik atau Ampere. 1 miliampere sama dengan 10 −3 A 1 mikroampere = 10 −6 A. Kuat Arus (I) = 𝑄 𝑡 = 𝑚𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 = (𝑐𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏) (𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘)

Bahan Perambatan Arus Listrik (Medium) Berdasarkan kemampuan menghantarkan listriknya dibedakan menjadi 3, yaitu: Konduktor bahan yang mampunmenghantarkannarus listrik dengan sangatnbaik, Misalnya: tembaga, besi, alumunium. Semi Konduktor bahannyang mampu menghantarkannarus listrik akan tetapi kualitasnya tidak sebaik bahan konduktor, tetapi ia lebih baik dari bahan isolator, misalnya: germanium, silikon murni. Isolator bahan yang sukar menghantarkan arus listrik, misalnya: karet, plastik, kayu.

KONSEP DASAR LISTRIK DINAMIK

HUKUM OHM Hukum Ohm berasal dari hasil percobaan George Simon Ohm (1787 – 1854) yang menunjukkan adanya hubungan antara arus, beda potensial dan hambatan: “ I = Kuat arus (Ampere) V = Beda potensial (Volt) R = Hambatan (Volt/Ampere atau Ohm) HUKUM OHM? Kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar berbanding lurus dengan beda potensial antar kedua ujung penghantar tersebut dan berbanding terbalik dengan hambatannya” I = 𝑉 𝑅

HAMBATAN Besar kecilnya hambatan suatu penghantar (kawat) tergantung kepada panjang kawat (L), dan luas penampang kawat (A). ρ adalah sifat intrinsik dari bahan konduktor yang disebut dengan resistivitas atau hambatan jenis. Hambatan jenis ini tergantung pada struktur elektronik dari bahan dan temperatur. Dengan demikian konduktor listrik yang baik akan mempunyai hambatan jenis yang sangat kecil dan bahan isolator yang baik akan mempunyai hambatan jenis yang sangat besar. Satuan hambatan jenis dalam sistem satuan SI dinyatakan dengan ohm meter.

TABEL HAMBATAN JENIS BAHAN (ohm. meter) Konduktor Alumunium 2,65 x 10-8 Tembaga 1,68 x 10-8 Besi 9,71 x 10-8 Perak 1,59 x 10-8 Emas 2,44 x 10-8 Platina 10,6 x 10-8 Raksa 98 x 10-8 nikrom 100 x 10-8 Semi Konduktor Karbon (3-60) x 10-5 Germanium (1-100) x 10-3 Silikon (0,1-60) Isolator kayu 108-1014 Kaca 109-1012 Karet Padatan 1013-1015

JENIS-JENIS RANGKAIAN LISTRIK Berdasarkan mengalir tidaknya arus Rangkaian Terbuka Rangkaian Tertutup Berdasarkan susunan sumber listriknya Rangkaian Seri Rangkaian Campuran Rangkaian Paralel

RANGKAIAN TERBUKA & TERTUTUP Rangkaian Tertutup Susunan alat-alat listrik yang menyebabkan arus mengalir. Rangkaian Terbuka Susunan alat-alat listrik yang terputus sehingga arus listrik tidak mengalir.

Rangkaian seri adalah rangkaian yang tidak memiliki percabangan. Terbentuk jika dua buah bola lampu atau lebih dihubungkan secara berderet Keuntungan : Hemat kabel Rangkaiannya sederhana sehingga mudah membuatnya Kerugian : Nyala lampu tidak terang (redup) Energinya boros

Soal Pada suatu rangkaian listrik seri terdapat dua lampu yang terdiri dari lampu A dan B. Jika lampu B dilepas, apa yang akan terjadi ? a. Lampu A tetap menyala b. Lampu A tidak menyala A B

HAMBATAN RANGKAIAN SERI Hambatan pengganti dari beberapa penghambat yang disusun secara seri adalah jumlah dari masing-masing hambatan. Hambatan pengganti atau hambatan subsitusi (Rs) adalah hambatan jika terdapat beberapa penghambat missal R1, R2, dan R3 dirangkai secara seri dan secara umum dapat ditulis: Rs = R1 + R2 + R3 + …… Rn.

RANGKAIAN PARALEL Rangkaian paralel adalah rangkaian yang mengandung titik percabangan arus. Terbentuk jika dua buah bola lampu atau lebih dihubungkan secara berjajar Keuntungan : Jika salahsatu lampu mati, maka lampu lain yang masih terhubung dengan sumber arus listrik akan tetap nyala Nyala lampu terang Kerugian : Rangkaiannya rumit dibuat Boros kabel R 2 1 + -

Soal Pada suatu rangkaian listrik paralel terdapat dua lampu yang terdiri dari lampu A dan B. Jika lampu B dilepas, apa yang akan terjadi ? a. Lampu A tetap menyala b. Lampu A tidak menyala

HAMBATAN RANGKAIAN PARALEL Beda potensial pada hambatan yang berasal dari titik percabangan dan titik pertemuan yang sama nilainya sama. Tegangan setiap penghambat adalah sama dan arus total sama dengan jumlah arus masing-masing penghambat. Jika terdapat beberapa penghambat misalnya R1, R2, dan R3 disusun secara paralel. Skema rangkaian paralel tersebut adalahtersebut adalah Rs = 𝟏 𝑹 𝟏 + 𝟏 𝑹 𝟐 + 𝟏 𝑹 𝟑 + ....... 𝟏 𝑹 𝒏

Rangkaian Campuran Terbentuk dari rangkaian seri dan rangkaian paralel KEUNTUNGAN : Mempunyai variasi yang lebih banyak sehingga dapat digunakan untuk berbagai macam keperluan seperti instalasi listrik rumahan dan lain sebagainya Karena disusun dari rangkaian paralel, maka beban satu tidak mempengaruhi beban yang lainnya, kecuali pada rangkaian serinya KERUGIAN : Memerlukan kabel yang lebih banyak Biaya pembuatan lebih banyak Dayanya akan cepat habis jika powernya berupa baterai

Soal Pada suatu rangkaian listrik campuran terdapat dua lampu pada rangkaian seri dan dua lampu pada rangkaian parallel. Jika lampu 4 dilepas, apa yang akan terjadi ? Jika lampu 1 dilepas, apa yang akan terjadi ?

HUKUM KIRCHOF Hukum Kirchoff I: Kirchoff’s Current Law (KCL) “Jumlah arus yang memasuki suatu percabangan atau node atau simpul samadengan arus yang meninggalkan percabangan atau node atau simpul.”

ENERGI LISTRIK PADA RANGKAIAN Terkait dengan energi ini dalam kehidupan sehari-hari lebih dikenal penggunaan satuan daya (watt dan kWh) yakni satuan dari energi yang digunakan persatuan waktu. Jika pada rangkaian di atas arus sebesar I yang berasal dari sumber tegangan E atau V mengalir pada rangkaian dengan hambatan R maka energi (W) dan daya (P) yang digunakan pada rangkaian tersebut selama waktu t adalah: Maka W = V.I.t W = I².R.t W = P.t, dimana P = V.I Satuan: W = volt.ampere.det (joule) atau A²Ohm.det atau watt.det; P = volt.ampere atau watt kWh = kilowatt.hour atau kilowatt.jam

Perilaku Menghemat Listrik Menggunakan alat listrik hemat energi. Matikan alat listrik jika tidak digunakan Diusahakan bergantian dalam menghidupkan peralatan listrik yang memiliki daya besar Berusaha mencari energi alternatif sebagai pengganti energi fosil (minyak bumi dan batubara). Manfaatkan jendela dan sirkulasi udara yang ada sebagai pengganti kipas angin atau AC jika tidak terlalu dibutuhkan Dsb.

Sub bab 2 MAGNET

TUJUAN TARGET PEMBELAJARAN Agar mahasiswa PPG dapat : Menjelaksan pengertian magnet Membedakan sifat-sifat magnet Menganalisis perbedaan benda magnetik dan nonmagnetik Memahami jenis magnet, bentuk magnet, bahan magnet, kutub magnet, garis gaya dan kuat medan magnet Manfaat magnet dalam kehidupan sehari-hari.

Benda apakah ini ? Benda ini mengingatkan kalian pada apa ?

Pengantar Alat-alat yang kita miliki, baik alat-alat elektronika, dan alat-alat untuk keperluan listrik adalah contoh-contoh yang tidak terpisahkan dari magnet. Keberfungsian mereka tergantung pada magnet Apakah diantara benda-benda ini (tv, radio, speaker, kipas angin, mobil tamia, monitor, kompas, obeng, mesin jahit, kulkas, kartu atm, tas bermagnet, generator, dan kaset audio kompak) ada di sekitar Anda? Jika ia, Anda sudah memanfaatkan magnet dalam kehidupan sehari-harinya.

Dari mana magnet berasal ? ASAL MULA MAGNET Dari mana magnet berasal ? Pada masa lampau magnet dekenal sebagai sebuah material berwarna hitam yang disebut lodestone dan dapat menarik besi serta benda-benda logam lainnya. Magnet dalam sejarah dikenal sebagai benda atau material yang bermakna batu magnetik atau batu magnesian (magnes atau magnitis lithos) yang dapat menarik benda-benda khususnya benda benda yang berbahan dasar logam. Benda ini ditemukan di daerah magnesia, Yunani, sekarang menurut beberapa sumber, kota ini bernama Manisa dan berada di wilayah Turki.

HAKIKAT MAGNET Menurut definisi, magnet merupakan suatu benda yang dapat menarik bendabenda yang berbahan dasar logam atau benda-benda yang bahan dasarnya mengandung unsur baja dan besi.

(Berdasarkan Kejadiannya) KLASIFIKASI MAGNET Klasifikasi Magnet (Berdasarkan Kejadiannya) Magnet Alam Magnet alam adalah magnet yang ada di alam tanpa campur tangan manusia. Magnet alam terdapat di dalam tanah berupa bijih besi magnet dalam bentuk besi oksida (Fe3O4). Magnet Buatan Magnet dapat secara sengaja dibuat oleh manusia dari baja atau besi murni paduan baja dengan nikel atau paduan antara aluminium, kobalt, dan nikel (alnico). Magnet Keras (permanen) Magnet lunak (sementara)

BUMI SEBAGAI MAGNET RAKSASA Kutub magnet Bumi tidak sama dengan kutub Bumi, maka kedua kutub tersebut membentuk sebuah sudut, yaitu sudut deklinasi. Sudut Deklinasi Sudut deklinasi adalah sudut yang dibentuk antara arah utara kompas dengan arah utara Bumi Sudut Inklanasi Sudut inklinasi adalah sudut yang dibentuk oleh garis gaya magnet Bumi dengan arah horisontal Bumi

BENTUK-BENTUK MAGNET BUATAN Dalam kehidupan sehari-hari kita mengenal macam-macam magnet berdasarkan bentuknya yaitu : Magnet batang Magnet jarum Magnet ladam / tapal kuda Magnet silinder Magnet cakram

BAHAN PENYUSUN MAGNET Berdasarkan sifat-sifat bahan terhadap pengaruh magnet Ferromagnetik Bahan yang sangat mudah dipengaruhi oleh magnet dan mudah dibuat magnet Contoh: Logam murni (besi, baja, nikel, dan kobalt) Logam paduan (baja-kobalt, baja-nikel, aluminium-nikel-kobalt (alnico), besi-nikel (permalloy), besi-nikel- kobalt (perminvar), dll.) Paramagnetik Bahan yang dapat dipengaruhi oleh magnet tetapi tidak dapat dibuat magnet Mangan, platina, aluminium, magnesium, timah (tin), oksigen, dan udara. Diamagnetik Bahan yang sukar sekali dipengaruhi oleh magnet Bismuth, antimon, seng murni, air raksa, timbal, perak, emas, air, fosfor, dan tembaga. Non Magnetik Bahan yang tidak dapat dipengaruhi magnet dan juga tidak dapat dibuat magnet kaca, kertas, dan kayu.

Sebuah kutub magnet memiliki dua kutub yaitu kutub selatan dan utara. KARAKTERISTIK MAGNET Karakteristik magnet yang dapat diamati antara lain: Sebuah kutub magnet memiliki dua kutub yaitu kutub selatan dan utara. Kutub-kutub yang sejenis apabila didekatkan akan saling tolak menolak Kutub-kutub yang tidak sejenis apabila didekatkan akan saling tarikmenarik Arah gaya magnet Arah gaya magnet

lanjutan 2. Gaya magnet terbesar terdapat pada magnet terdapat pada kutub-kutubnya

SIFAT-SIFAT MAGNET Magnet dapat menarik benda Medan magnet membentuk gaya magnet Magnet memiliki dua kutub Kutub magnet tidak sesama tarik menarik dan sesama akan menolak Sifat magnet dapat hilang

Kekuatan Gaya Magnet Daya tembus magnet dipengaruhi oleh beberapa faktor: Jenis benda penghalang diantara magnet dan benda yang ditariknya Tebal tipisnya benda penghalang Kekuatan magnet Jarak antara magnet dengan benda

BAGIAN-BAGIAN MAGNET Kutub magnet Sumbu magnet Kutub magnet : bagian ujung magnet yang memiliki gaya magnet paling kuat Sumbu magnet: garis yang menghubungkan kedua kutub magnet Sumbu magnet

Apakah semua bagian-bagian magnet memiliki sifat magnet yang sama kuat ?

Bagaimana cara membedakan kutub U dan kutub S pada magnet ?

CARA MENENTUKAN KUTUB MAGNET Cara Mengetahui Kutub Magnet: Menggantung sebuah magnet batang Mengamati sebuah magnet jarum Magnet batang yang digantung atau jarum magnetis kompas, keduanya tidak tepat menunjuk ke arah utara dan selatan, melainkan sedikit berbelok,dan membuat sudut persimpangan dengan garis utara-selatan geografis bumi.

GARIS-GARIS GAYA MAGNET Pahami teks dibawah ini ! Apabila di atas sebuah batang magnet diletakan selembar kertas, kemudian di atas kertas ditaburkan serbuk besi serta kertas diketuk-ketuk, maka serbuk besi tersebut akan tersusun sedemikian rupa sehingga susunannya membentuk garis-garis yang menghubungkan kutub utara dan kutub selatan magnet

Jadi apa itu garis gaya magnet ?

Garis gaya magnet adalah garis-garis yang dan disebabkan oleh pengaruh gaya kutub-kutub magnet. Garis gaya magnet dimulai dari kutub utara dan berakhir pada kutub selatan magnet.

MEDAN MAGNET Titik-titik di dalam ruangan di mana masih terdapat pengaruh gaya magnet dinamakan medan magnet.

HUKUM COLOUMB Dalam kaitannya dengan kemagnetan, Hukum Coulomb berbunyi seperti berikut ini: “Besar gaya tarik-menarik atau tolak-menolak kutub-kutub berbanding langsung dengan kekuatan kutub-kutub itu, dan berbanding terbalik dengan jarak kuadrat antara kutub dengan kutub yang bersangkutan” Gambar interaksi antar gaya kutub-kutub magnet

CARA MEMBUAT MAGNET Sifat magnet dapat dihasilkan dengan 3 cara, yaitu : Cara Menggosok Membu at magnet dengan menggunakan arus listrik Dalam pembuatan magnet ini, kawat (kabel) berarus listrik searah (DC) dililitkan di sekitar batang baja atau bahan ferromagnetik lainnya (misalnya paku) yang akan dibuat magnet. Membuat magnet semacam ini ialah dengan menggosok-gosokan magnet pada batang baja atau batang bahan magnet lainnya yang akan dibuat magnet. Cara menggosok batang magnet pada batang baja haruslah dikerjakan dalam arah yang selalu sama, tidak boleh bolak-balik Proses pembuatan magnet dengan cara mendekatkan benda-benda magnetis dengan magnet. Jarak antara magnet dan benda akan menentukan kuat lemahnya sifat kemagnetan yang dihasilkan Induksi Magnet Dialiri Arus Listrik

CARA MENGGOSOK Gosokkan besi atau baja pada salah satu ujung magnet tetap atau magnet permanen Gosokkan secara searah agar magnet elementer yang pada pada besi menjadi teratur dan mengarah pada satu arah Jika magnet elementer pada besi atau baja telah teratur dan mengrah ke satu arah maka besi atau baja tersebut dapat dikatakan telah menjadi magnet. Ujung besi atau baja yang digosokkan akan membentuk kutub-kutub magnet. Kutub yang terbentuk tergantung pada kutub magnet yang digunakan untuk menggosok. Pada ujung terakhir besi atau baja yang digosok akan memiliki kutub yang berlawanan dengan kutub magnet penggosok.

INDUKSI MAGNET Ujung besi atau baja yang didekatkan dengan kutub magnet batang akan terbentuk kutub yang berlawanan dengann magnet penginduksi. Jika kutub magnet utara didekatkan dengan ujung A besi atau baja maka ujung A menjadi kutub selatan dan ujung besi B akan menjadi kutub utara atau sebaliknya.

DIALIRI ARUS LISTRIK DC Lilitlah besi atau baja yang berujung A dan B dengan kawat berarus listrik Kemudian hubungkan dengan baterai Maka magnet elementer pada besi atau baja tersebut akan terpengaruh oleh aliran listrik DC (aliran searah) yang dihasilkan baterai

CARA MELEMAHKAN KEKUATAN MAGNET Dipukul-Pukul Magnet elementer pada magnet akan mengalami perubahan susunan dan arahnya tidak searah Dipanasi Magnet elementer pada magnet akan mengalami perubahan susunan dan arahnya tidak searah Dialiri Arus Bolak-Balik Penggunakan arus AC membuat arus listrik berubah-ubah maka hal tersebut akan mempengaruhi letak dan arah magnet elementer, perubahan tersebut akan membuat sifat magnet akan hilang

Bagaimana cara mempertahankan kekuatan magnet ?

Memelihara Magnet Simpan magnet dengan diberi penguat. Penguat itu berupa jangkar (angker) dari besi lunak dan diletakkan sebagai penutup pada kutub-kutub magnet Menjauhkan magnet dari benda-benda yang dapat ditarik oleh magnet

THANKS!